活塞表面处理技术综述

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1、18内燃机配件2001年第6期活塞表面处理技术综述赵士钦　秘国芳　马力明(石家庄金刚内燃机零部件集团有限公司)〔内容摘要〕本文论述了各种表面处理技术在活塞加工生产过程中的应用,以及不同表面处理技术的特点对活塞使用性能的影响,并对活塞的表面处理加工生产及发展趋势进行了预测性分析。〔关键词〕活塞　表面处理　耐磨性　寿命1　前言环槽的磨损,在温度和载荷中等的发动机上,要用上活塞是内燃机连杆——活塞组中的重要零件。述方法处理后,能减少活塞环槽磨损量的33%～活塞的磨损一般表现在三个方面:活塞环槽磨损、顶60%。部燃烧室烧毁、活塞裙部擦伤磨损。针对活塞的三种镀铬工艺近年来发展很快,活塞环槽进行

2、镀铬主要磨损方式,除了通过改善基体材料,以提高活塞处理,关键有两个方面,一是铝合金表面的镀铬前处整体的强度和耐磨性之外,还有一个途径就是通过理,应保证镀铬层的结合力和其他性能;二是对镀铬各种表面强化方式,提高活塞的抗高温氧化性能、抗工艺的选择和电镀工装的合理设计,包括配备适当腐蚀性能、耐磨损性能。的辅助阳极、保护阴极和绝缘屏蔽等措施。前者确保本文主要就广泛应用的铝合金材质活塞进行的镀铬溶液的良好分散能力和覆盖能力,后者最大程表面处理技术进行介绍和探讨,希望得到各位专家度确保获得厚度均匀、性能良好的镀铬层。和同行的指正。2　镀锡　电沉积或化学沉积的锡镀层具有优良的2　各种表面处理技术综

3、述润滑性能,活塞表面镀锡可以改善配副摩擦件之间的初期磨损性能,降低配副间的摩擦系数,从而达到2.1　提高环槽耐磨性能的几种表面处理技术减低活塞表面磨损量的目的。活塞镀锡一般采用化在内燃机中活塞的工作条件相当恶劣,要承受学镀锡的工艺方式,这是因为化学镀锡工艺简单,操高温、高压的冲击载荷,因此活塞环槽的主要磨损形作方便、节约能源、成本较低,另外化学镀的绕镀性式是,在使用过程中,活塞环在活塞环槽内的轴向冲击和径向及周向复杂运动的结果,导致配对摩擦表好,特别适用于象活塞这种形状复杂的零件表面电面的磨损增加,造成活塞密封作用和机械效率降低。镀处理。因此,化学镀锡作为减磨镀层广泛应用于活根据摩擦

4、学的基本原理W=K×P×Lö3Rm塞的表面处理。(式中:W:磨损量,K:摩擦系数,P:载荷,L:滑动量,3　微弧氧化　微弧氧化技术是近年来在阳极氧化Rm:基体强度)可知,基体的摩擦磨损量与基体表面基础上建立起来的一项金属材料表面处理新技术。的摩擦系数、载荷、滑动量呈正比,与基体材料的强它采用了等离子化学和电化学原理,直接在材料表度、硬度等参数成反比。因此,为提高活塞环槽的耐面生成一层氧化膜,以提高材料的表面综合性能,有磨性能,除了把活塞制成组合式或各种结构型式的着广阔的市场和应用前景。铝及铝合金在进行微弧镶嵌件来加固活塞之外,还可以通过表面处理,降低氧化过程中,表面形成一层具有一定厚

5、度的微弧氧活塞环槽的摩擦系数,或提高活塞环槽表面硬度、强化层,氧化层主要由高温相A-Al2O3和某些氧化液度来实现。常见的活塞环槽强化方式有:的化合物及少量的C-Al2O3组成。硬度和表面耐磨1　镀铬　镀铬是最常见最普通的一种提高材料抗性能大大提高,可使铸铝活塞的表面耐磨性及使用磨损性能的方法。众所周知,在一定条件下沉积的铬寿命提高近一倍。同时,微弧氧化直接把基体金属烧镀层具有很高的硬度和耐磨损性能,硬铬的硬度达结成氧化物陶瓷膜,不从外部引进陶瓷物料,同其他到Hv900～1200,是常用的硬度最高的镀层。基体强陶瓷膜制备技术不同,使微弧氧化膜既具有陶瓷膜度的提高,可提高零件的耐磨性,

6、延长使用寿命。据的高性能,又保持了阳极氧化膜与基体的结合力。石(1)有关资料介绍,活塞环槽侧面镀铬后,能明显减少家庄金刚集团已与国内高校完成活塞环槽微弧氧化赵士钦　秘国芳　马力明:活塞表面处理技术综述19样品的试制工作,装机试验性能良好,目前已进入批焊的是АЛ25、AЛ10B和АЛ30合金,强化层的硬度量生产前的准备阶段。较活塞基体金属的硬度提高1～2倍。4　激光处理　随着激光技术的不断发展和进步,激2.2　活塞顶部的处理光处理作为一种新兴技术越来越广泛的应用于工业活塞顶部的主要失效形式是热裂,这是由于近化生产中。激光具有高度的单色性、相干性、方向性年来,随着柴油机输出功率的提高,活

7、塞尤其是活塞和亮度,是一种聚焦性好、功率密度高、易于控制、能顶部承受的热应力与机械应力也相应增加,从而导在大气中远距离传输的热源。激光在传输过程中是致活塞顶燃烧室周壁的热裂问题日益严重。高度准直的,能够远距离传输而不显著扩束并能聚为解决这一问题,人们已进行了近半个世纪的焦于一个小的光斑内。激光束的发散角可以小到几努力,除了通过改进活塞铸造技术,如用挤压铸造或个毫弧度,光束基本上是平行的。根据激光辐射零件锻造取代金属型重力铸造制造活塞毛坯、采用陶瓷表面时的功